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Observador y mecánica cuántica: Las mediciones colapsan el espín atómico

Nuevo avance hacia la comprensión de la extraña relación entre los análisis y las características de los sistemas microscópicos


Una de las leyes más básicas de la mecánica cuántica señala que un sistema subatómico puede estar en más de un estado a la vez, hasta que es observado. Entonces, colapsa en un estado concreto. Científicos de Israel han estudiado esta característica cuántica en el espín o momento angular de las partículas. Y han comprobado que el observador también puede influir en el colapso de la superposición del espín, simplemente ajustando la orientación de su aparato de medición. Por Yaiza Martínez.


Yaiza Martínez
Escritora, periodista, y Directora de Tendencias21. Saber más del autor



La mecánica cuántica es una rama de la física que se ocupa de los fenómenos físicos a escalas microscópicas. Una de sus leyes más básicas señala que un sistema cuántico puede estar en más de un estado – o puede existir en múltiples realidades - a la vez.

Pero este fenómeno, conocido como principio de superposición, existe sólo mientras dicho sistema no sea observado o medido de alguna manera.

En cambio, tan pronto como el sistema es medido, la superposición se acaba: el sistema colapsa, ‘decantándose’ por un único estado. En ese momento, la experiencia del mundo que nos rodea pasa a existir en una única realidad.

O, dicho de otra manera, el sistema observado dejaría de exhibir efectos cuánticos y pasaría a exhibir un comportamiento típicamente clásico, sin los efectos contraintuitivos típicos de la mecánica cuántica.

Observando el colapso

El principio de superposición fue demostrado por vez primera en 1922 por Otto Stern y Walther Gerlach, quienes observaron este fenómeno en el espín de átomos de plata.

El espín es el momento angular intrínseco de las partículas subatómicas o cuánticas. Sin embargo, a diferencia de lo que ocurre con la mecánica clásica, en la que se asocia el momento angular con la rotación de los objetos, el espín es un fenómeno exclusivamente cuántico, que no se puede relacionar de forma directa con una rotación en el espacio. Por tanto, la ‘rotación’ del espín sería solo una imagen mental útil, destinada a tratar de comprender el comportamiento de las partículas subatómicas en el espacio.

Lo que sí se sabe con certeza del espín es que cuando este se encuentra en superposición (en más de un estado), señala hacia más de una dirección al mismo tiempo (en lugar de bien al norte bien al sur como los imanes, apuntaría hacia ‘arriba’ y hacia ‘abajo’ a la vez).

En esta extraña característica se centraron el investigador Roee Ozeri y sus colaboradores, Yinnon Glickman, Shlomi Kotler y Nitzan Akerman, del Departamento Física de Sistemas Complejos del Weizmann Institute of Science de Israel.

Según publica dicho instituto, estos científicos han estudiado cómo el espín de átomos individuales colapsa desde la superposición hasta un estado concreto, cuando es observado con luz. En su proceso de análisis, los investigadores ‘midieron’ los átomos iluminándolos en concreto con luz láser.

Del mismo modo que nuestros ojos observan el mundo gracias a la absorción de fotones –partículas de luz – que los objetos dispersan hacia donde quiera que nos encontremos, Ozeri y su equipo observaron el proceso de colapso del espín en los átomos midiendo los fotones que estos dispersaban.

Las direcciones del espín (representadas por las esferas) colapsan en una dirección o en la dirección opuesta, dependiendo de la polarización del fotón medido. Fuente: Weizmann Institute of Science.
Las direcciones del espín (representadas por las esferas) colapsan en una dirección o en la dirección opuesta, dependiendo de la polarización del fotón medido. Fuente: Weizmann Institute of Science.
Tras la separación, siguen funcionando como sistema

Los resultados obtenidos, que han sido publicados por Science, demuestran que la dirección que sigue un fotón al abandonar su átomo es la misma que adopta el espín cuando su estado de superposición colapsa.

A continuación, el equipo midió la polarización (oscilación del campo eléctrico en un plano determinado) de los fotones emitidos, para constatar asimismo que la polarización observada determina el efecto de la medición del espín.

Este hecho sugiere que el observador puede influir en el colapso de la superposición del espín, simplemente ajustando la orientación de su aparato para la medición de la polarización fotónica.

La causa de esta "acción-a-distancia", explican los científicos, es que los espines de los átomos medidos y los fotones que estos emitieron estaban ‘entrelazados’. Esto significaría que, antes de su separación, no pueden definirse como partículas individuales con estados definidos, sino más bien como un sistema.

Este entrelazamiento explicaría porqué, incluso una vez separados átomos y fotones, la medición de unos sigue afectando instantáneamente a los otros. El experimento es un paso importante en la comprensión del proceso de medición de los sistemas cuánticos, apunta el comunicado del Weizmann Institute of Science.

Referencia bibliográfica:

Y. Glickman, S. Kotler, N. Akerman, R. Ozeri. Emergence of a Measurement Basis in Atom-Photon Scattering. Science (2013). DOI:10.1126/science.1229650.


Martes, 19 de Marzo 2013
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Nota



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1.Publicado por Cornelio González el 28/03/2013 19:54

Debidamente traducido al español, trascribo a continuación el artículo: Investigadores del Weizmann Institute sugieren que se puede afectar el espín de un átomo con solo ajustar la forma en que se mide , aparecido en la Red el día 18 de Marzo próximo pasado. Desde mi personal punto de vista sobre el asunto, las ideas contenidas en este artículo son claves para correcta dilucidación de lo que, en términos mecanocuánticos, constituye y otorga Vida y Consciencia a todos y a cada uno de nuestros personales campos bio-electromagnéticos (coloquialmente hablando: el bio-electromagnetismo naturalmente inherente a todas y cada una de nuestras “almas”), bio-campos los cuales se encuentran estrictamente detallados por la elemental aritmética de las leyes que, como una UNITARIA TOTALIDAD, describen y gobiernan al Cosmos que habitamos. Con otras palabras: tod@s y cada un@ de nosotr@s estamos hech@s, “cread@s” a imagen y semejanza de la UNITARIA TOTALIDAD Cósmica y de la cual, indiscernible y simultáneamente, somos y conformamos, tanto sus individuales partes singulares, como sus muy característicos colectivos y plurales conjuntos sociales (nacionalidades) de individuos. Con el fin de hacer ver los puntos de mayor convergencia y/o paralelismo entre el artículo del Weizmann Institute y mis propios hallazgos al respecto, me he permitido entreverarle secuencialmente unos comentarios y unos subrayados de mi autoría:

……………………………………………..

Investigadores del Weizmann Institute sugieren que se puede afectar el espín de un átomo con solo ajustar la forma en que se mide.
http://wis-wander.weizmann.ac.il/causing-collapse?press-room-rb#.UVRXSBf9uSq

“Una de las leyes más básicas de la mecánica cuántica es que un sistema puede estar en más de un estado - puede existir en múltiples realidades - a la vez. Este fenómeno, conocido como el principio de superposición, existe sólo en tanto el sistema no se observa o mide de ninguna manera”.

Mi comentario: Una manera de entender esto es imaginarnos situados frente a un espejo, es decir continua y simétricamente superpuestos a él y que también nuestras dos manos se encuentran, continua y simétricamente, superpuestas a él.

“Tan pronto como este sistema se mide, su superposición colapsa en un solo estado”.

Mi comentario: Tan pronto como nuestra consciencia propia “mide” nuestra especular superposición, nuestra mano “derecha” se transforma en la discontinua y asimétrica mano “izquierda” de nuestro especular reflejo y al revés: nuestra mano “izquierda” se ha transformado, discontinua y asimétricamente, en la mano derecha de nuestro reflejo en el espejo.

“Por lo tanto, para nosotros, que permanecemos constantemente en observación y medición, la experiencia del mundo que nos rodea existe como una única realidad”.

Mi comentario: Por lo tanto, nuestras experiencias como seres vivos y conscientes de nosotros mismos, podrían perfectamente ser explicadas y entendidas como los mecanocuánticos efectos de un campo bio-electromagnético UNITARIAMENTE TOTALIZADO en y por sí mismo y al interior del cual se sucede una serie de mutuos reflejos especulares. Pregunto entonces: ¿no es acaso esta una forma clara, precisa y concisa de definir, también UNITARIA y TOTALMENTE, a las formas vital y consciente como operan las dos mutuamente especulares cadenas de nuestro ADN?

“El principio de superposición fue demostrado por primera vez en 1922 por Otto Stern y Walther Gerlach, quienes observaron el fenómeno en el espín de los átomos de plata. El espín es el imán intrínseco a las partículas cuánticas. Cuando espín de una partícula se encuentra en superposición, señala en más de una dirección al mismo tiempo. (En lugar de los polos norte y sur de los imanes, estos dos polos se conocen más apropiadamente como arriba y abajo)”

Mi comentario: la fuerza magnética de un imán puede ser entendida como el ejemplo anterior: el la mutua y continuo-simétrica superposición entre nosotros y nuestro propio reflejo en un espejo. Mientras nuestra consciencia no “mida” eléctricamente (léase: discontinua y asimétricamente) lo que allí está sucediendo, no hay ninguna diferencia ni entre la derecha y la izquierda, ni entre el arriba y el abajo, ni mucho menos entre el espacial atrás (concebido en términos de consciencia como el pasado) y/o, el espacial adelante (igualmente concebido en términos de consciencia como el futuro)

“El Dr. Roee Ozeri y los estudiantes de investigación Yinnon Glickman, Kotler y Shlomi Akerman Nitzan, del Departamento de Física de Sistemas Complejos, han estudiado cómo el espín de un solo átomo se colapsa desde el estado superpuesto hacia a un único estado, el cual ha sido observado con la luz. Ellos "midieron" el átomo por el resplandor que la luz del láser causó en él. Así como nuestros ojos observan el mundo mediante la absorción de fotones - partículas de luz - dispersadas hacia nosotros por los objetos que miramos, los investigadores, copiando tal proceso, imitaron y observaron el mismo proceso de colapso del espín en los átomos mediante la medición de los fotones dispersados. En los resultados que aparecieron recientemente en Science, demostraron que la dirección que toma un fotón a medida que sale del átomo, es la dirección que el espín adopta cuando la superposición se colapsa.

Mi comentario: en esta experiencia juega un papel primordial el tiempo siempre y cuando lo entendamos como la explicita forma en que la Naturaleza logra diferenciar a los entes y a los sucesos: una cosa es la omnidireccionalidad del espín en la eterna, interna y continuo-simétrica energética (Einstein) ondulatoriedad del bipolar aspecto magnético del bio-campo eléctrico-y-o-magnético y otra cosa muy distinta es, DESPUÉS de su ondulatorio colapso a causa de la consciente medición, la definida direccionalidad del másico (Einstein) y también bipolar (aunque esta vez discontinuo-asimétrico), aspecto eléctrico del mismo bio-campo eléctrico-y-o-magnético

"A continuación, el equipo midió la polarización del fotón emitido y se encontró que la polarización observada determina el efecto de la medición sobre el espín. Esto sugiere que un observador puede influir en el colapso de superposición por el solo hecho ajustar la orientación de su aparato de medición de polarización de los fotones".

“La razón de esta "acción-a-distancia-" es que los espines de los átomos medidos y los fotones emitidos estaban inicialmente entrelazados”.

Mi comentario: los espines de los átomos medidos y los fotones emitidos estaban inicial y ondulatoriamente entrelazados, en inglés: “entangled”.

“Esto incluye el hecho de que, aún después de separados, la medición de uno de ellos afecta instantáneamente al otro. El experimento es un paso importante en la comprensión del proceso de medición en los sistemas cuánticos”. (Hasta aquí la transcripción y la traducción de la totalidad del citado artículo del Weizmann Institute).

2.Publicado por Cornelio González el 06/04/2013 11:40

Dadas las indudables conexiones que de orden, tanto teórico como práctico, existen entre este artículo y el siguiente - no menos interesante - artículo del CSIC, trascribo a continuación: Las propiedades de los electrones facilitarán el transporte de información cuántica. El CSIC descubre que el "bloqueo de espín" permite que las partículas se propaguen de maneras antiintuitivas *, publicado Tendencias 21 en la fecha 19 de Marzo 2013:

…………………………………………….

Bosones o coherencia cuántica y/o Fermiones o incoherencia cuántica: una co- relación no-lineal, es decir, una UNITARIA y TOTAL, Cósmica co-relación recíprocamente inversa.

Esta UNITARIA y TOTAL co-relación inversa se puede plantear así:

A) - 1/eléctrica(s) [luego discontinuo-asimétricas] masa(s) (Einstein)] de cada uno de los dos incoherentes luego singular(es) y mutuamente especular(es) componentes espinoriales del par eléctrico: fermión-antifermión= ondulatoria energía (Einstein) del continuo-simétrico luego espinorialmente coherente y plural bosón magnético, y/o, a la inversa:

B) - 1/ ondulatoria energía (Einstein) del continuo-simétrico luego espinorialmente coherente y plural bosón magnético = eléctrica(s) [luego discontinuo-asimétricas] masa(s) (Einstein)] de cada uno de los dos incoherentes luego singular(es) y mutuamente especular(es) componentes espinoriales del par: fermión-antifermión= ondulatoria energía (Einstein) del continuo-simétrico luego espinorialmente coherente y plural bosón magnético, de donde:

[Ondulatoria energía (Einstein) del coherente bosón magnético caracterizado por el número primo 2] x [Eléctrico par másico (Einstein) mutuamente especular e incoherente par eléctrico: fermión-antifermión, tipificado(s) por el numero primo 5) = 1= la UNITARIA TOTALIDAD másico-energética (Einstein) del Cosmos que habitamos

La ocurrencia de esta UNITARIA, TOTAL y Cósmica co-relación recíprocamente inversa entre la continuo-simétrica y ondulatoria coherencia de la energía (Einstein) del bosón magnético y/o la(s) incoherentes luego discontinuo-asimétricas masas (Einstein) eléctricas de cada uno de los dos componentes del mutuamente especular par: fermión-antifermión, tal ocurrencia, repito, se podría deber a la relativista y UNITARIA capacidad de la función de onda cuántica de Schrödinger siempre y cuando a tal onda se la entienda como propagándose**al relativista 0.9999999999… (infinitos nueves) de la velocidad de la luz c= 1 y en donde 1= energía/masa, es decir, en donde las einstenianas energía-masa de tal UNITARIA TOTALIDAD Cósmica se hacen equivalentes y en un sentido muy especial: indiscernibles.

Desde el punto de vista hasta aquí planteado y muy especialmente en lo expuesto en el anterior parágrafo, habría explicaciones muy válidas para entender a la espinorial discontinuidad-asimetría o incoherencia, que aparece entre los electrones en las “… regiones de bloqueo de espín (‘Spin Blockade’)…”, según lo expone claramente la investigadora del CSIC, Gloria Platero:

“Los electrones no sólo poseen carga, sino también otra propiedad que se manifiesta en dispositivos extremadamente pequeños, que requieren de la mecánica cuántica para ser descritos: el espín. “Se trata de una propiedad que define el estado del electrón. Uno puede imaginarse un electrón con el espín apuntando hacia arriba, girando en el sentido de las agujas del reloj y, por el contrario, con el espín hacia abajo, girando en el sentido contrario a las mismas”, explica Gloria Platero, que trabaja en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid”

“De acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, una ley fundamental de la mecánica cuántica enunciada por Wolfgang Ernst Pauli en 1925, dos electrones no pueden tener números cuánticos iguales, que son los que definen su estado. En este trabajo, esto se traduce en que no pueden tener los espines apuntando en la misma dirección en un mismo punto cuántico”.

“Platero precisa: ‘Por tanto, si hay un electrón con espín hacia arriba en un átomo o punto cuántico de la cadena, otro electrón situado en el átomo vecino con el espín hacia arriba no puede pasar al primero y se queda bloqueado en el punto cuántico en el que se encuentra inicialmente. Este fenómeno se denomina bloqueo de espín y provoca que la corriente electrónica a través de la cadena de puntos cuánticos decrezca abruptamente y deje de fluir a través del circuito’. (Hasta aquí la cita de Gloria Platero).

En lo que hasta aquí se ha venido comentando y en razón de los mutuamente incluyentes-excluyentes aspectos de continuidad-simetría inherentes a las einstenianas energía-masa de tal UNITARIA TOTALIDAD Cósmica, se puede fácilmente observar que, entre tales energía-masa, literalmente se “crea” una interdependencia física, lógica y ontológica que las lleva, de una forma enteramente natural, a la “creación” de las UNITARIAS y TOTALES fenomenologías naturales que conocemos como la VIDA y la CONSCIENCIA, vale decir, al carácter esencialmente HUMANO de tales fenómenos.

…………………………………………………
* http://www.tendencias21.net/Las-propiedades-de-los-electrones-facilitaran-el-transporte-de-informacion-cuantica_a16220.html

……………………………………………………

** Propagándose, tanto continuamente (coherente bosón magnético), como discontinuamente (incoherente y mutuamente especular, par eléctrico: fermión-antifermión).

3.Publicado por Cornelio González el 07/04/2013 17:27
He cometido un penoso error en la redacción del primer parágrafo de mi comentario 2. En donde dice:

Dadas las indudables conexiones que de orden, tanto teórico como práctico, existen entre este artículo y el siguiente - no menos interesante - artículo del CSIC, trascribo a continuación: Las propiedades de los electrones facilitarán el transporte de información cuántica. El CSIC descubre que el "bloqueo de espín" permite que las partículas se propaguen de maneras antiintuitivas , publicado por Tendencias 21 en la fecha 19 de Marzo 2013,

Debe decir:

Dadas las indudables conexiones que de orden, tanto teórico como práctico, existen entre este artículo y el siguiente - no menos interesante - artículo del CSIC,: Las propiedades de los electrones facilitarán el transporte de información cuántica. El CSIC descubre que el "bloqueo de espín" permite que las partículas se propaguen de maneras antiintuitivas y publicado por Tendencias 21 en la fecha 19 de Marzo 2013, trascribo a continuación el comentario 1, hecho por el suscrito al citado artículo:

A todos los lectores, mil perdones.

Cornelio González

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